CN103361579A - 易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：取一块钢丝网，在该钢丝网上冲压出凹槽；将经过表面浸润处理的硬质陶瓷颗粒填充在该凹槽中，取另一相同钢丝网盖在上述钢丝网上，将凹槽遮住，避免陶瓷颗粒撒出；然后将上述固定有陶瓷颗粒的钢丝网固定在铸型型腔耐磨件需要增强的对应位置，负压浇铸基体金属液，经冷却3-5min钟后，再浇铸普通易加工金属液得到易加工层。该方法陶瓷颗粒分布均匀，与基体金属结合牢固，充分发挥了陶瓷与金属各自的特性，实现了高耐磨性和高抗冲击性能。该方法简单，操作简便，大规模、批量生产成本低、易加工安装。

Description

易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨复合材料技术领域，特别是一种易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法。
背景技术
磨损是预制件产生失效的一种最基本的类型，目前普遍存在于冶金，矿山、火电、机械、水泥、煤矿等许多行业。这造成了原材料的极大浪费和能源的巨大的消耗，据不完全统计，我国每年消耗金属耐磨材料高达500万吨以上。可见提高机械设备及零部件的耐磨性能，可以有效减少能源的消耗，也可以提高劳动生产率。
针对上述情况，有人提将金属和陶瓷制成复合材料，陶瓷金属复合材料是将陶瓷的高耐磨、高硬度性能和金属材料的韧性结合起来的一种新型复合材料。现在我国使用的金属陶瓷复合材料，主要通过国外进口，我国生产的金属陶瓷复合材料，其性能在现阶段与进口产品相比，还有一定的差距。不论国内还是国外的金属陶瓷复合材料，其主要工艺原理是依靠陶瓷颗粒增强金属材料的方法制造。
目前，研究最多的是以氧化铝，碳化硅，碳化钨陶瓷颗粒为骨料，合金粉末或基体金属粉末为填充剂，选择种合适的粘结剂等，压制成型，制成预制块，烘干、烧结得到预制体，然后再浇铸基体金属液。在浇铸基体金属液时，合金粉末熔化，金属液填充至该合金粉末的孔隙中，此方法一方面需要在预制块中添加大量的粘接剂、助剂等，而这些物质多是有机物质，污染环境，对工人的健康也不利，且这些物质的使用，会造成生成本的偏高。最后这样的方法需要先制备预制坯体，然后将坯体进行烧结成预制件，再浇铸基体金属液，工序复杂。且在浇铸基体金属液时预制件易碎裂、易剥落。
其次，虽然现有的耐磨件解决了耐磨的问题，但是又存在耐磨面不易加工，安装难度大的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、成本低、适合批量生产、抗冲击性好、易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法。
本发明目的是这样实现的：一种易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：取一块钢丝网，在该钢丝网上冲压出凹槽；将经过表面浸润处理的硬质陶瓷颗粒填充在该凹槽中，取另一相同钢丝网盖在上述钢丝网上，将凹槽遮住，避免陶瓷颗粒撒出；然后将上述固定有陶瓷颗粒的钢丝网固定在铸型型腔耐磨件需要增强的对应位置，负压浇铸基体金属液，经冷却3-5min钟后，再浇铸普通易加工金属液得到易加工层。
采用上述技术方案，将陶瓷颗粒直接固定在钢丝网的凹槽中，省去了预制体的制备过程，且省去了粘接剂和助剂的添加，环保，成本低，加工方便。且陶瓷颗粒被牢固的固定在凹槽中，在浇铸基体金属液时不会出现开裂、散架等现象，抗冲击性能好，耐磨性好。该工艺简单，适合批量生产。其次，在陶瓷颗粒的表面镀镍，提高了陶瓷颗粒与基体金属液之间的粘接性，且该镀镍层不需要经过高温烧结，避免了镍的氧化，使得陶瓷颗粒与基体金属液之间的粘接性能更好，进一步提高耐磨性和抗冲击性能。在复合耐磨层上浇铸出一层普通金属液制成的易加工层，使得加工难度和安装难度降低。
在上述技术方案中，为了提高耐磨件的耐磨性和抗冲击性，所述凹槽为迷宫式凹槽，其宽度为10-40mm，深度为10-30mm。
在上述技术方案中，为了提高耐磨件的耐磨性和抗冲击性，所述凹槽为方形凹槽，所述凹槽为方形凹槽，在钢丝网上呈规则队列分布，每平方米的钢丝网上分布400-1000个凹槽，该凹槽的深度为10-30mm，宽度为10-40mm。
在上述技术方案中，为了提高耐磨件的耐磨性和抗冲击性，所述凹槽为圆形凹槽，在钢丝网上呈规则队列分布，每平方米的钢丝网上分布400-1000个凹槽，该凹槽的深度为10-30mm，孔径为10-40mm。
在上述技术方案中，为了避免陶瓷颗粒撒漏，为了提高耐磨件的耐磨性和抗冲击性，所述钢丝网的孔眼的孔径小于陶瓷颗粒的粒径。
作为优选：所述陶瓷颗粒的粒径为0.5-4mm。
所述陶瓷颗粒为粒径分别为1.0-2.0mm、2.0-4.0mm的两种陶瓷颗粒的混合物，它们的质量比为5-7∶5-3。采用两种不同大小粒径范围的陶瓷颗粒的级配，通过大颗粒和小颗粒混合使得陶瓷颗粒分布更均匀，致密性更好，既方便成型，又提高了预制件的抗冲击性和耐磨性。
在上述技术方案中：所述陶瓷颗粒表面浸润处理是指在陶瓷颗粒的表面镀镍。镀镍层的厚度为10-200um。
作为优选：所述基体金属液为高锰钢或合金钢或高铬铸铁或镍铬低合金铸铁或灰口铸铁。
作为优选：所述普通易加工金属液为球磨铸铁或灰口铸铁或普通碳钢或低合金结构钢。
在上述技术方案中：所述易加工层的厚度为10-100mm。
有益效果：1、陶瓷颗粒分布均匀，与基体金属结合牢固，充分发挥了陶瓷与金属各自的特性，实现了高耐磨性和高抗冲击性能。
2、方法简单，操作简便，大规模、批量生产成本低。
3、本发明在复合耐磨层上浇铸一层普通易加工金属液制成易加工层，解决了现有耐磨件难加工、难安装的问题。
附图说明
图1为实施例1中装有陶瓷颗粒的钢丝网的结构示意图；
图2为本发明所用铸型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
1、将粒径分别为1.0-2.0mm、2.0-4.0mm的碳化硅陶瓷颗粒进行浸润性处理，即陶瓷颗粒表面进行镀镍处理，其中粒径为1.0-2.0mm和2.0-4.0mm的碳化硅陶瓷颗粒的质量比为5∶5。所述镀镍的过程包括表面处理和施镀的过程。
表面处理包括以下5个步骤：
(1)、除油：经无水酒精溶液浸泡10-35min后，在超声波作用下用去离子水洗干净后，使陶瓷颗粒表面完全除油，再自然晾干。
(2)、粗化：在超声波作用下，常温下用氢氟酸浸泡、使陶瓷颗粒表面粗化。
(3)、敏化：在超声波下用含有二水氯化亚锡何盐酸的敏化溶液常温浸泡4-6min。
(4)、活化：在超声波下，采用含氯化钯和盐酸的溶液对陶瓷颗粒表面进行活化。
(5)、还原：在超声波下，采用次磷酸钠溶液还原陶瓷颗粒表面残留的Pd2+，常温浸泡3-5分钟，然后用去离子水清洗，自然晾干。
将经过表面处理的陶瓷颗粒放入镀镍液中，不断搅拌下，用醋酸/醋酸钠缓冲液调整pH值为4.0-5.0，温度80-90℃，施镀1-1.5h，镀镍液的组分可以是硫酸镍20-30g/L，次磷酸钠20-30g/L，乳酸7-9m L/L，钼酸铵10-35mg L。
施镀厚度为10um。
2、取孔眼粒径为0.4mm的钢丝网6，在钢丝网上冲压方形凹槽7，每平方米的钢丝网上分布400-1000个凹槽7，该凹槽7的深度为10-30mm，宽度为10-40mm。如图1所示。
3、将进行浸润性处理后的陶瓷颗粒装满上述钢丝网6的凹槽7中，并用一块相同大小的未冲压凹槽的钢丝网密封；
4、准备铸型，该球磨铸型如图2所示，包括上型1和下型2，所述铸型的上表面设有三个冒口3，在铸型的上表面还设有两个浇铸口，其中一个为基体金属液浇铸口4，另一个为普通易加工金属液浇铸口5，所述基体金属液浇注口4和普通易加工金属液浇注口5与铸型型腔相通的口不在同一水平面上，其中，所述普通易加工金属液浇铸口5与铸型型腔相通的口位于基体金属液4与铸型型腔相通的口的上方。
5、将密封好的装有陶瓷颗粒的钢丝网固定在铸型型腔需要浇注的耐磨件耐磨面对应的位置；
6、将熔炼的高铬铸铁基体金属液从基体金属液浇注口4负压浇注到铸型型腔中，经冷却3-5分钟后，把球磨铸铁熔融液从普通易加工金属液浇注口5浇铸到型腔中，得到易加工层，易加工层的厚度为10mm。本实施例制备的耐磨件的耐磨性为纯高铬铸铁的6倍。抗冲击性明显比现有技术中在陶瓷颗粒上镀镍，然后再烧结制成预制体，最后浇铸基体金属液制备的耐磨件抗冲击性高。硬度可达到HRC55-75。
实施例2
1、将粒径分别为1.0-2.0mm、2.0-4.0mm的碳化钛和氮化硅陶瓷颗粒进行浸润性处理，碳化钛和碳化硅的质量比为1∶1。其中，它们两者的粒径为1.0-2.0mm的陶瓷颗粒的质量与粒径为2.0-4.0的陶瓷颗粒的质量比均为7∶3。所述镀镍的过程包括表面处理和施镀的过程。表面处理包括以下5个步骤：
(1)、除油：经无水酒精溶液浸泡10-35min后，在超声波作用下用去离子水洗干净后，使陶瓷颗粒表面完全除油，再自然晾干。
(2)、粗化：在超声波作用下，常温下用氢氟酸浸泡、使陶瓷颗粒表面粗化。
(3)、敏化：在超声波下用含有二水氯化亚锡何盐酸的敏化溶液常温浸泡4-6min。
(4)、活化：在超声波下，采用含氯化钯和盐酸的溶液对陶瓷颗粒表面进行活化。
(5)、还原：在超声波下，采用次磷酸钠溶液还原陶瓷颗粒表面残留的Pd2+，常温浸泡3-5分钟，然后用去离子水清洗，自然晾干。
将经过表面处理的陶瓷颗粒放入镀镍液中，不断搅拌下，用醋酸/醋酸钠缓冲液调整pH值为4.0-5.0，温度80-90℃，施镀1-1.5h，镀镍液的组分可以是硫酸镍20-30g/L，次磷酸钠20-30g/L，乳酸7-9m L/L，钼酸铵10-35mg L。
施镀厚度为200um。
2、取孔眼粒径为0.45mm的钢丝网，在钢丝网上冲压迷宫式凹槽，该凹槽的深度为10-30mm，宽度为10-40mm。
3、将进行浸润性处理后的陶瓷颗粒装入上述钢丝网的凹槽中，并用一块相同大小的未冲压凹槽的钢丝网密封；
4、准备铸型，该球磨铸型如图2所示，包括上型1和下型2，所述铸型的上表面设有三个冒口3，在铸型的上表面还设有两个浇铸口，其中一个为基体金属液浇铸口4，另一个为普通易加工金属液浇铸口5，所述基体金属液浇注口4和普通易加工金属液浇注口5与铸型型腔相通的口不在同一水平面上，其中，所述普通易加工金属液浇铸口5与铸型型腔相通的口位于基体金属液4与铸型型腔相通的口的上方。
5、将密封好的装有陶瓷颗粒的钢丝网固定在铸型型腔需要浇注的球磨机衬板耐磨面位置；
6、将熔炼的高锰钢基体金属液从基体金属液浇注口4负压浇注到铸型型腔中，经冷却3-5分钟后，将灰口铸铁熔融液从普通易加工金属液浇注口5浇铸到型腔中，得到易加工层，易加工层的厚度为100mm。得到陶瓷颗粒与基体金属复合的易加工的耐磨件；所述耐磨件的耐磨性为纯高铬铸铁球的耐磨性的5.9倍。抗冲击性明显比现有技术中在陶瓷颗粒上镀镍，然后再烧结制成预制体，最后浇铸基体金属液制备的耐磨件抗冲击性高。硬度可达到HRC55-75。
实施例3
1、将粒径为0.5-4mm的碳化硅陶瓷颗粒进行浸润性处理，即陶瓷颗粒表面进行镀镍处理，所述镀镍的过程包括表面处理和施镀的过程。
表面处理包括以下5个步骤：
(1)、除油：经无水酒精溶液浸泡10-35min后，在超声波作用下用去离子水洗干净后，使陶瓷颗粒表面完全除油，再自然晾干。
(2)、粗化：在超声波作用下，常温下用氢氟酸浸泡、使陶瓷颗粒表面粗化。
(3)、敏化：在超声波下用含有二水氯化亚锡何盐酸的敏化溶液常温浸泡4-6min。
(4)、活化：在超声波下，采用含氯化钯和盐酸的溶液对陶瓷颗粒表面进行活化。
(5)、还原：在超声波下，采用次磷酸钠溶液还原陶瓷颗粒表面残留的Pd2+，常温浸泡3-5分钟，然后用去离子水清洗，自然晾干。
将经过表面处理的陶瓷颗粒放入镀镍液中，不断搅拌下，用醋酸/醋酸钠缓冲液调整pH值为4.0-5.0，温度80-90℃，施镀1-1.5h，镀镍液的组分可以是硫酸镍20-30g/L，次磷酸钠20-30g/L，乳酸7-9m L/L，钼酸铵10-35mg L。
施镀厚度为50um。
2、取孔眼粒径为0.4mm的钢丝网，在钢丝网上冲压方形凹槽，每平方米的钢丝网上分布400-1000个凹槽，该凹槽的深度为10-30mm，宽度为10-40mm。如图1所示。
3、将进行浸润性处理后的陶瓷颗粒装满上述钢丝网的凹槽中，并用一块相同大小的的未冲压凹槽的钢丝网密封；
4、准备铸型，该球磨铸型如图2所示，包括上型1和下型2，所述铸型的上表面设有三个冒口3，在铸型的上表面还设有两个浇铸口，其中一个为基体金属液浇铸口4，另一个为普通易加工金属液浇铸口5，所述基体金属液浇注口4和普通易加工金属液浇注口5与铸型型腔相通的口不在同一水平面上，其中，所述普通易加工金属液浇铸口5与铸型型腔相通的口位于基体金属液4与铸型型腔相通的口的上方。
5、将密封好的装有陶瓷颗粒的钢丝网固定在铸型型腔需要浇注的耐磨件耐磨面对应的位置；
6、将熔炼的高铬铸铁基体金属液从基体金属液浇注口4负压浇注到铸型型腔中，经冷却3-5分钟后，把球磨铸铁熔融液从普通易加工金属液浇注口5浇铸到型腔中，得到易加工层，易加工层的厚度为50mm。本实施例制备的耐磨件的耐磨性为纯高铬铸铁的5.8倍。抗冲击性明显比现有技术中在陶瓷颗粒上镀镍，然后再烧结制成预制体，最后浇铸基体金属液制备的耐磨件抗冲击性高。硬度可达到HRC55-75。
本发明不局限于具体实施例，所述凹槽还可以是圆形凹槽。基体金属液还可以采用本发明中列举的高锰钢。普通易加工金属液还可以采用本发明所列举的普通碳钢或低合金结构钢等加工难度低的金属。基体金属液还可以为高锰钢或合金钢或高铬铸铁或镍铬低合金铸铁或灰口铸铁中的任意一种，陶瓷颗粒可以为碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化硅、氧化锆、氧化铝、ZTA陶瓷颗粒中任意一种或者结合。只要要采用本发明的构思，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：取一块钢丝网，在该钢丝网上冲压出凹槽；将经过表面浸润处理的硬质陶瓷颗粒填充在该凹槽中，取另一相同钢丝网盖在上述钢丝网上，将凹槽遮住，避免陶瓷颗粒撒出；然后将上述固定有陶瓷颗粒的钢丝网固定在铸型型腔耐磨件需要增强的对应位置，负压浇铸基体金属液，经冷却3-5min钟后，再浇铸普通易加工金属液得到易加工层。
2.根据权利要求1所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述凹槽为迷宫式凹槽，其宽度为10-40mm，深度为10-30mm。
3.根据权利要求1所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述凹槽为方形凹槽，在钢丝网上呈规则队列分布，每平方米的钢丝网上分布400-1000个凹槽，该凹槽的深度为10-30mm，宽度为10-40mm。
4.根据权利要求1所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述凹槽为圆形凹槽，在钢丝网上呈规则队列分布，每平方米的钢丝网上分布400-1000个凹槽，该凹槽的深度为10-30mm，孔径为10-40mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述钢丝网的孔眼的孔径小于陶瓷颗粒的粒径。
6.根据权利要求5所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒的粒径为0.5-4mm。
7.根据权利要求6所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为粒径分别为1.0-2.0mm、2.0-4.0mm的两种陶瓷颗粒的混合物，它们的质量比为5-7∶5-3。
8.根据权利要求1-4任一项所述易加工、安装的陶瓷金属复合耐磨件的制备方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒表面浸润处理是指在陶瓷颗粒的表面镀镍，镀镍层的厚度为10-200um。
9.根据权利要求1-4任一项所述易加工、安装的陶瓷复合金属耐磨件的制备方法，其特征在于：所述基体金属液为高锰钢或合金钢或高铬铸铁或镍铬低合金铸铁或灰口铸铁；所述普通易加工金属液为球磨铸铁或灰口铸铁或普通碳钢或低合金结构钢。
10.根据权利要求9所述易加工、安装的陶瓷复合金属耐磨件的制备方法，其特征在于：所述易加工层的厚度为10-100mm。
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